Causas de mutaciones y daños en el ADN: mutágenos

Mutaciones

Las mutaciones son cambios en una secuencia de ADN, algo así como errores tipográficos en un correo electrónico. Si solo hay algunos errores tipográficos menores, aún puede averiguar qué está tratando de decir el correo electrónico, pero si hay toneladas de errores ortográficos, puede hacer que el mensaje general sea imposible de entender. Lo mismo sucede con las mutaciones en el ADN: si hay suficientes, entonces los productos proteicos que se fabrican de acuerdo con esa secuencia de ADN pueden estar totalmente desordenados y ser defectuosos.

Las proteínas defectuosas y mutadas pueden acabar provocando diversas enfermedades, defectos de nacimiento y cáncer. Pero, por otro lado, las mutaciones son la fuente última de variación genética que permite que los organismos evolucionen con el tiempo. Si nunca ocurrieran mutaciones, no habría diversidad de vida en el mundo y la biología sería bastante aburrida.

Entonces, las mutaciones son un gran problema en biología, pero ¿cómo ocurren de todos modos? Dos causas principales de mutaciones son la irradiación y los mutágenos químicos. La irradiación es la exposición a la radiación y los mutágenos químicos son sustancias químicas que provocan cambios en las secuencias de ADN. En esta lección, aprenderemos cómo ciertas sustancias químicas pueden causar mutaciones.

Análogos de base

El primer tipo de mutación del que hablaremos son los análogos de base . Puede pensar en los análogos de base como señuelos; son sustancias químicas muy similares a los nucleótidos normales que forman el ADN. En su nombre, «base» se refiere a la base nitrogenada en el nucleótido, y «análogo» significa «análogo» o similar a.

Entonces, ¿qué sucede cuando una célula se expone a un mutágeno análogo de base? Bueno, antes que nada, recordemos lo que sucede durante la replicación del ADN. La ADN polimerasa crea una nueva hebra «hija» de ADN colocando gradualmente un nucleótido tras otro. Sabe qué secuencia de nucleótidos fabricar porque utiliza la secuencia de la hebra «madre» como plantilla.

Pero si la célula encuentra un mutágeno análogo de base mientras su ADN se está replicando, habrá un problema. ¡La ADN polimerasa puede insertar accidentalmente uno de los análogos de base en la cadena de ADN en crecimiento en lugar de un nucleótido real! Por ejemplo, tome el análogo base 5-Bromouracilo (o 5BU). Esta molécula se parece mucho a una timina o un nucleótido T, por lo que la ADN polimerasa podría colocarla en una nueva cadena de ADN en lugar de una T. Uh oh. Pero la célula probablemente no lo notará en ese momento y la polimerasa seguirá traqueteando, replicando el resto del ADN.

El verdadero problema surge en la siguiente ronda de replicación del ADN. Lo que pasa con estos análogos base es que cambian de forma. Dado que 5BU parece un nucleótido T, normalmente se emparejaría con una A, o adenina, en el ADN, ¿verdad? Bueno, 5BU puede cambiar de forma, cambiando a una estructura diferente que se parece más a un nucleótido de citosina. ¿Con qué se empareja normalmente C? G. Entonces, cuando este análogo de base que cambia de forma es parte de la receta para hacer una nueva hebra de ADN, se podría colocar una G en lugar de la A que se suponía que estaba allí. Esto se llama emparejamiento incorrecto. Entonces, básicamente, el 5-Bromouracilo puede hacer que un par de bases TA cambie a un par de bases CG. La secuencia de ADN original ha cambiado: ha ocurrido una mutación.

En caso de que sienta curiosidad, otro ejemplo de un mutágeno análogo de base es la 2-aminopurina. Se parece mucho a la adenina, o A, pero puede cambiar de forma para parecerse a la guanina o G. Si lo desea, saque un trozo de papel y haga un dibujo para demostrarse a sí mismo cómo la 2-aminopurina puede causar AT base pares para cambiar a pares de bases GC.

Es importante tener en cuenta que no todos los análogos de base son mutágenos. Algunos análogos de base se colocan en una hebra de ADN y luego, en lugar de cambiar la secuencia de ADN, detienen el crecimiento de la cadena de ADN porque el análogo de base no tiene el enlazador correcto. Es como si estuvieras tratando de construir una torre de Legos, pero luego colocas una pieza que tiene una parte superior lisa en lugar de las protuberancias que necesita para conectar al siguiente bloque. Así es como funciona el AZT analógico básico; se utiliza como fármaco para retardar la replicación del virus VIH que causa el SIDA.

Agentes modificadores de base

Bien, volvamos a los mutágenos. La siguiente clase de mutágenos que debemos conocer son los agentes modificadores de bases . Estos son productos químicos que modifican o cambian la estructura de las bases en el ADN, provocando un emparejamiento incorrecto. Veamos qué significa eso.

Un ejemplo de un agente modificador de bases es el ácido nitroso. Este químico es un desaminador; elimina los grupos amino (NH2) de las bases de nucleótidos. El ácido nitroso puede desaminar las bases G, C y A. Cuando las desamina, ¡básicamente las convierte en bases diferentes! Es como si cambiaras el color de tu cabello o te hicieras una cirugía de nariz, podrías lucir como una persona totalmente diferente. Incluso podría comportarse de manera diferente, para adaptarse a su nueva personalidad, ¿verdad?

Eso es exactamente lo que sucede cuando los agentes modificadores de bases cambian los nucleótidos. Por ejemplo, una citosina desaminada, o C, se convierte en un uracilo o U. Es posible que sepa que los Us normalmente se encuentran en el ARN, no en el ADN, y que se comportan de manera diferente a los Cs. Us par de bases con A, o adenina. Entonces, ¿qué le sucede a un par de bases CG en el ADN cuando hay ácido nitroso? Puede convertirse en un par de bases UA, que se convertirá en un par de bases TA después de la siguiente ronda de replicación.

También existen otros agentes modificadores de bases. Es posible que no necesite aprender los detalles de estos, pero solo para darle una idea: la hidroxilamina agrega grupos hidroxilo (OH) a la citosina, lo que hace que se parezca más a la timina. Nuevamente, con una hoja de papel y un lápiz, puede hacer un dibujo para convencerse de que la hidroxilamina hace que los pares de bases CG se conviertan en pares de bases TA.

Y finalmente, los agentes alquilantes como el metanosulfonato de etilo (EMS) añaden grupos metilo (CH3) o etilo (CH2-CH3) a las bases, provocando que se emparejen incorrectamente de varias formas. ¡Uf! Esa es mucha información. Resumamos los agentes modificadores de bases recordándonos que, incluso con todos sus nombres extravagantes y sus diferentes comportamientos, todos son productos químicos que modifican o cambian la estructura de las bases en el ADN, provocando un apareamiento incorrecto.

Agentes intercalados

El último tipo de mutágeno del que vamos a aprender hoy son los agentes intercalantes , como el bromuro de etidio y la naranja de acridina. Estos son productos químicos que se intercalan, o se insertan, entre los pares de bases de una hélice de ADN. Si observa la estructura tridimensional de una hélice de ADN, puede ver que los pares de bases están apilados como platos en su armario. Los agentes intercalantes se aprietan entre las placas. Esto termina por estirar un poco la molécula de ADN.

Y durante la replicación del ADN, a medida que la polimerasa se mueve a lo largo del ADN, eventualmente llegará al agente intercalante en lugar de a un nucleótido. Eso es confuso. ¿Qué va a hacer la polimerasa? Bueno, tiene que insertar algo frente al agente intercalante, así que sigue adelante y pone un nucleótido aleatorio y luego sigue avanzando. Como puede ver, la secuencia de ADN se alargó en un nucleótido. Esto significa que los agentes intercaladores pueden provocar inserciones en cadenas de ADN.

Y no solo eso. Dado que provocan inserciones de un par de bases a la vez, los agentes intercalantes pueden provocar mutaciones de desplazamiento de marco. Recuerde que las mutaciones de desplazamiento de marco son un tipo de mutación muy grave porque terminan alterando por completo la secuencia de aminoácidos del producto de ese ADN.

Resumen de la lección

Revisemos. Hemos aprendido que una de las formas en que pueden ocurrir las mutaciones es la exposición a mutágenos químicos , que son sustancias químicas que causan cambios en las secuencias de ADN. Escuchamos acerca de tres clases principales de mutágenos químicos.

El primero son los análogos de base . Se trata de sustancias químicas muy similares a los nucleótidos normales que forman el ADN. Los llamamos nucleótidos «señuelo» porque pueden colocarse en una nueva cadena de ADN en lugar de un nucleótido normal. Pero no solo eso, aprendimos que los análogos de base pueden cambiar de forma. Si se coloca un análogo de base en una nueva cadena de ADN y luego cambia de forma para parecerse a un nucleótido diferente, vimos que la secuencia de ADN cambia.

La segunda clase de mutágeno que aprendimos son los agentes modificadores de bases . Estos son productos químicos que modifican o cambian la estructura de las bases en el ADN, provocando un emparejamiento incorrecto. Los comparamos con personas que cambian drásticamente su apariencia al cambiar el color de su cabello o hacerse una operación de nariz. Cuando se cambia la estructura de un nucleótido, se emparejará de forma incorrecta, lo que provocará que se produzcan mutaciones.

Finalmente, escuchamos sobre agentes intercaladores . Estos productos químicos se intercalan, o se insertan, entre los pares de bases de una hélice de ADN. Cuando la ADN polimerasa encuentra uno de estos, no sabe qué hacer, por lo que coloca un nucleótido aleatorio. Esto puede terminar provocando inserciones y mutaciones de cambio de marco en el ADN.

Los resultados del aprendizaje

Al explorar esta lección, podría estar preparado posteriormente para:

• Dar el significado de mutación y discutir sus posibles efectos.
• Resalta dos causas principales de mutaciones.
• Expresar conocimiento detallado de las tres clases de mutágenos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador